龐泉溝自然保護(hù)區(qū)華北落葉松林土壤呼吸的時空特征研究.pdf

1、研究利用2007～2015年對龐泉溝自然保護(hù)區(qū)3塊海拔不同的華北落葉松林（Larix principis-rupprechtii）土壤呼吸與環(huán)境因子的日變化、季節(jié)變化和空間異質(zhì)性的測定數(shù)據(jù)集，結(jié)合MODIS產(chǎn)品獲取的各樣地對應(yīng)時間的地表溫度（LST）和植被指數(shù)（VIs）的數(shù)據(jù)集，旨在分析：1）探究不同取樣尺度下土壤呼吸和環(huán)境因子的空間變化特征，確定土壤呼吸測定的合理采樣布點(diǎn)數(shù)量；2）了解土壤呼吸的日、季節(jié)變化特征以及環(huán)境因子對其變化的影

2、響作用，構(gòu)建其時間變化的擬合模型，并對模型精度進(jìn)行評價；3）嘗試?yán)肕ODIS產(chǎn)品對土壤呼吸的季節(jié)變化規(guī)律進(jìn)行模擬。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）在空間尺度上，隨取樣間距的減小，土壤呼吸、全碳、全氮、有機(jī)碳的空間變異系數(shù)逐漸增大，表明這些因子的取樣間隔越大，其空間代表性越好。總體而言，土壤呼吸的空間變異主要和土壤全碳、有機(jī)碳、全氮等影響土壤微生物呼吸與根系呼吸的理化因子以及環(huán)內(nèi)根生物量這類明顯反映根系呼吸作用強(qiáng)度的生物因子等有關(guān)，

3、受土壤溫度與水分的影響很小。
　　（2）各因子的必要采樣數(shù)目主要由其空間變異程度決定，所測因子的必要采樣數(shù)目大小依次為：N環(huán)內(nèi)根重> N土壤呼吸速率> N全碳> N環(huán)內(nèi)凋落物重> N有機(jī)碳> N全氮>N土壤水分含量>N土壤溫度，滿足95％置信水平80%估計精度要求下，5m、2.5m以及1.25m取樣間隔下土壤呼吸的必要采樣數(shù)目分別是23、27和28。
　?。?）從18:00至次日18:00土壤呼吸和土壤溫度均呈現(xiàn)―凹‖型的日

4、變化趨勢。土壤呼吸的最大值出現(xiàn)在14:00~18:00；最低值出現(xiàn)在清晨。土壤呼吸的日變化主要受溫度的影響，基于10 cm深度處土壤溫度構(gòu)建的指數(shù)模型對土壤呼吸日變化的擬合決定系數(shù)達(dá)到了0.90。
　　（4）9年觀測期間土壤呼吸、溫度、植被指數(shù)大體呈現(xiàn)―鈴‖型的季節(jié)變化趨勢，低值出現(xiàn)在氣溫最寒冷的12月、1月，高值出現(xiàn)在生長最為活躍的6、7月份，落葉松1、2和3樣地的9年平均土壤呼吸速率分別為3.57±1.94μmol CO2 m

5、-2 s-1、4.95±2.39μmol CO2 m-2 s-1、6.11±2.94μmol CO2 m-2 s-1。土壤水分的季節(jié)變化趨勢呈現(xiàn)高低值交替出現(xiàn)的波動狀態(tài)，含水量基本在30%~40%之間。
　?。?）基于實(shí)測溫度和夜間陸地表面溫度對土壤呼吸季節(jié)變化建立的單因子指數(shù)模型和Arrhenius改進(jìn)型模型的方程決定系數(shù)都達(dá)到了0.7以上，兩種模型的擬合效果相當(dāng)，同一種溫度下后者的R2高于前者，相應(yīng)RMSE和AIC值也低于前者

6、，但2個方程的差異不大。對土壤呼吸季節(jié)變化擬合效果最好的實(shí)測地溫和陸地表面溫度分別是5cm深度處地溫（T5）和通過Aqua衛(wèi)星獲取的夜間陸地表面溫度（LSTan）。土壤水分對土壤呼吸的季節(jié)變化影響很小，二者之間關(guān)系方程均不顯著。從基于5種植被指數(shù)對土壤呼吸的季節(jié)變化構(gòu)建的指數(shù)和線性回歸模型看，指數(shù)模型的擬合效果優(yōu)于線性模型，R2值更高。NDVI對土壤呼吸季節(jié)變化的擬合效果略好于其他4種植被指數(shù)。
　　（6）構(gòu)建各測定年3個樣地分別